Geologer rapporterer nye opdagelser om Kansas, Oklahoma jordskælv

Efterhånden som bekymringen stiger om jordskælv forårsaget af menneskelig aktivitet som olieefterforskning, geologer ved University of Kansas rapporterer om en ny forståelse af de seneste jordskælv i Kansas og Oklahoma. Dette gennembrud kan en dag føre til en metode til at forudsige, hvor inducerede jordskælv kan forekomme, og kan hjælpe energiindustrien og regulatorer med at beslutte, hvor de sikkert kan placere brønde.

I et papir offentliggjort online i dag i Videnskabens fremskridt , K. Alex Nolte, doktorand i Geologisk Institut; George Tsoflias, lektor i afdelingen; Tandis Bidgoli, assisterende videnskabsmand ved Kansas Geological Survey, og Lynn Watney, senior videnskabelig fellow ved KGS, rapporterer, at de var i stand til at bruge en række sensorer i Wellington-oliefeltet i det sydlige Kansas til at detektere signaler om lokale jordskælv, der peger på en stigning i væsketrykket i bestemte områder af undergrunden. Evnen til direkte at detektere jordskælvsfremkaldende tryk kan gøre det muligt for geologer at udvikle metoder til at forudsige, hvilke områder af undergrunden der kan være tilbøjelige til inducerede jordskælv.

"Det er meget lovende, men vi har ikke løst noget endnu " sagde Nolte. "Der er stadig mange forhindringer at overskride."

Det offentliggjorte papir giver ny indsigt, men det er også usædvanligt, fordi dets hovedforfatter, Nolte, er stadig studerende. Få videnskabsmænd, endsige studerende, nogensinde publicere i et af de prestigefyldte tidsskrifter som Videnskabens fremskridt som er produceret af American Association for the Advancement of Science. Udgivelsen er Noltes første, og den omhandler et problem, der påvirker hans hjemby Wichita.

Undersøgelsen var foranlediget af en overraskende stigning i jordskælv i det, der tidligere havde været det seismisk stille midtkontinent. I de mere end tre årtier mellem 1977 og 2012, kun 15 jordskælv med en styrke på 3,0 eller derover blev registreret i hele staten Kansas. Et jordskælv med en styrke på 3,0 mærkes typisk af mennesker. Siden 2012 er der kun registreret mere end 100 jordskælv på 3,0 eller større i to amter i staten, Sumner og Harper. Disse omfatter det største jordskælv nogensinde overvåget i Kansas i november 2014, en begivenhed i størrelsesordenen 4,9 nær Sumner County-byen Milano. Hyppigheden af ​​jordskælv er fortsat med at stige. Mellem maj 2015 og juli 2017 registrerede KU-arrayet af sensorer mere end 2, 400 jordskælv alene i Sumner County, varierende i størrelsesorden fra 0,4 til 3,6.

En række forskere har allerede sat den stigende forekomst af jordskælv i området i forbindelse med menneskelig aktivitet, specifikt et olieboom, der har produceret stadigt stigende mængder spildevand. Hver oliebrønd producerer spildevand. Dette gælder for konventionelle brønde og brønde, der anvender hydraulisk frakturering (kendt populært som fracking). Olieboomet førte til, at flere oliebrønde blev boret i området, hvilket førte til en kraftig stigning i mængden af ​​spildevand. Forskere mener nu, at den øgede injektion af spildevand i det salte grundvandsmagasin i undergrunden, Arbuckle, forårsaget stigningen i jordskælv.

Fordi forholdene i undergrunden varierer, og en perfekt storm af problemer skal være til stede, for at en spildevandsinjektionsbrønd kan fremkalde et jordskælv, kun en relativt lille del af injektionsbrøndene forårsager rystelser. Dette gør det vanskeligt for regulatorer og energiindustrien at afgøre, hvor de kan placere brønde.

Som svampe lavet af sten, akviferer lagrer væske i deres porer. Injiceret spildevand øger trykket af væske i grundvandsmagasinets porer og i sprækker (revner) i bjerget. Et jordskælv udløses, når væsken, der skubber mod klippen, påvirker en eksisterende forkastning, der allerede er tæt på at glide. Hvis forskere kan opdage områder med forhøjet væsketryk i grundvandsmagasinets porer, de kan muligvis forudsige, hvor inducerede jordskælv sandsynligvis vil forekomme.

Geologerne sporede stigningen i poretryk ved at bemærke en forskel i måden seismiske bølger fra nylige jordskælv på, formentlig injektion-induceret, handle sammenlignet med den måde, bølger fra ældre, naturligt forekommende jordskælv virker. Gruppen studerede, hvad geologer kalder forskydningsbølger, eller S-bølger, ser nøje på deres anisotropi, et fænomen, hvor bølger deler sig i to, hvor en komponent af bølgen bevæger sig langs sprækkerne i klippen, og den anden komponent bevæger sig vinkelret eller næsten vinkelret på bruddets orientering.

I de naturligt forekommende jordskælv, der ikke involverer højtryk, bølgekomponenten, der bevæger sig langs bruddene, bevæger sig hurtigere end bølgekomponenten, der bevæger sig vinkelret på bruddene. I de inducerede jordskælv i Kansas, geologerne fandt det modsatte.

"Sådanne ændringer, eller 'flipper', i hurtig S-bølge orientering var tidligere blevet dokumenteret i naturlige jordskælv og vulkanske omgivelser, hvor der eksisterer zoner, der er kritisk belastet af porevæsketryk, "Tsoflias sagde. "Vores observation af S-bølgeflip i de seneste jordskælv i det sydlige Kansas giver for første gang bevis for stigende poretryk i regionen fra seismologiske data."